Уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водных растворов солей

Задача 688.

Написать уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водных растворов ВаСI₂ и РbNO₃)₂ с угольными электродами.

Решение:
а) электролиз водного раствора ВаСI₂

ВаСI₂ – соль активного металла и кислородной кислоты. Стандартный электродный потенциал системы: Ba²⁺ = 2  Ba(-2,90 В) значительно отрицательнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41 В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды, сопровождающееся выделением газообразного водорода:

2H₂O + 2  ⇔ H₂↑ + 2ОH^—

На аноде будет происходить электрохимическое окисление хлора, стандартный потеннциал которого (+1,36 В) выше, чем воды (+1,23 В). Хлор будет окисляться, потому что наблюдается значительное перенапряжение процесса окисления воды, материал анода оказывает тормозящее воздействие на его протекание:

2Cl^— — 2 =  2Cl*
Cl* + Cl* = Cl₂

Сложив уравнения катодного и анодного процессов, получим суммарное уравнение:

2H₂O = 2Cl^— ⇔  H₂↑  + 2OH^—  + Cl₂↑
                      ^{у катода           у анода}

2H₂O + BaCl₂ ⇔ H₂↑  +   Ba(OH)₂  + Cl₂↑
                   ^{у катода         у анода}

Таким образом, при электролизе водного раствора хлорида бария одновременно с выделением газообразного водорода (катод) и газообразного хлора (анод), образуется гидроксид бария (катодное пространство).

б) электролиз водного раствора Рb(NO₃)₂

Рb(NO₃)₂ – соль средней активности металла и кислородной кислоты, которая в водном растворе диссоциирует по схеме:

Рb(NO₃)₂ ⇔ Pb²⁺ + 2NO₃^—

Стандартный электродный потенциал электрохимической системы Pb²⁺/Pb (-0,13В) положительнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41 В) незначительно. Поэтому на катоде будет выделяться свинец ⁰(2H⁺/H₂) > ⁰(Pb²⁺/Pb):

Pb2+ + 2  ⇔ Pb⁰

На аноде будет происходить электрохимическое окисление воды, приводящее к  выделению кислорода:

2H₂O — 4  = O₂↑ +  4H⁺

Ионы  NO₃^-, движущиеся при гидролизе к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве. Умножим уравнение катодного процесса на два и сложим его с уравнением анодного процесса, получим суммарное уравнение:

2Pb²⁺ + 2H₂O  =  2Pb   +  O₂↑  + 4H^{+
                         у катода           у анода}

Приняв во внимание, что одновременно происходит накопление ионов NO₃^— в анодном пространстве, суммарное уравнение процесса можно записать в следующей форме:

2H₂O + 2Pb(NO₃)₂  =  2Pb   +  O₂↑+ 4H⁺ + 4NO₃^— 

Молекулярная форма процесса:

2H2O + 2Pb(NO₃)₂  =  2Pb   +  O₂↑ + 4HNO₃

Таким образом, при электролизе водного раствора соли нитрата свинца одновременно с выделением свинца (катод) и газообразного кислорода (анод), образуется азотная кислота (анодное пространство).

Задача 689.
Написать уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водных растворов FeCl₃ и Са(NO₃)₂ с инертным анодом.
Решение:
а) Электролиз водного раствора FeCl₃

В водном растворе соль FeCl₃ диссоциирует по схеме:  FeCl₃ ⇔ Fe³⁺ + 3Cl^—. Стандартный электродный потенциал системы  Fe³⁺ + 3  = Fe⁰ (-0,04 В) положительнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41 В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление ионов  Fe3+:

Fe³⁺ + 3 = Fe⁰ 

На аноде будет происходить электролитическое окисление ионов хлора с образованием свободных атомов хлора, которые, соединяясь друг с другом, образуют молекулу хлора:

2Cl^— — 2  =  2Cl*
Cl* + Cl* = Cl₂

Сложим, предварительно умножив уравнение катодного процесса на два и на три уравнения анодного процессов, получим суммарное уравнение:

2Fe³⁺ + 6Cl^— = 2Fe + 3Cl₂ 

Видео:Электролиз растворов солей в ЕГЭ за 8 минутСкачать

Молекулярная форма процесса:

2FeCl₃  = 2Fe   +    3Cl₂
          ^{катод        анод}

При электролизе FeCl₃ в водном растворе с инертными электродами образуются металлическое железо, и выделяется газообразный хлор.

б) Электролиз водного раствора Са(NO₃)₂

Са(NO₃)₂ в водном растворе диссоциирует по схеме:

Са(NO₃)₂ = Са²⁺ 2NO₃^—

Стандартный электродный потенциал системы  Ca²⁺ + 2  = Ca (-2,87 В) значительно отрицательнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41 В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды, сопровождающееся выделением газообразного водорода:

2H₂O + 2  ⇔ H₂↑ + 2ОH^—,

а ионы кальция Са²⁺, приходящие к катоду, будут накапливаться в прилегающей к нему части раствора (катодное пространство). На аноде будет происходить электрохимическое окисление воды, приводящее к выделению кислорода:

2H₂O — 4  ⇔ O₂↑ + 4ОH^—

Иионы NO₃^— на аноде разряжаться не будут, а будут накапливаться в анодном пространстве.

Умножив уравнение катодного процесса на два, и сложив, его с уравнением анодного процесса получим суммарное уравнение электролиза:

6H₂O = 2H₂↑ + 4OH^— + O₂↑ + 4H^{+ 
          у катода              у анода}

Приняв во внимание, что одновременно происходить накопление ионов кальция в катодном пространстве и нитрат-ионов в анодном пространстве, суммарное уравнение процесса можно записать в следующей форме:

6H₂O + 2Са(NO₃)₂ = 2H₂ + 2Ca²⁺ + 4OH^— + O₂ + 4H⁺ + 4NO₃^{— 
                             у катода                           у анода}

Молекулярная реакция после приведения членов, получим:

6H₂O + 2Са(NO₃)₂ = 2H₂ + 2Ca(OH)₂ + O₂ + 4HNO₃

Таким образом, при электролизе раствора соли нитрата кальция одновременно с выделением водорода и кислорода образуется гидроксид кальция (в катодном пространстве) и азотная кислота (в анодном пространстве).